EP1762122B2 - Strahlungsheizung zum heizen des aufbaumaterials in einer lasersintervorrichtung - Google Patents

Strahlungsheizung zum heizen des aufbaumaterials in einer lasersintervorrichtung Download PDF

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EP1762122B2
EP1762122B2 EP06742741A EP06742741A EP1762122B2 EP 1762122 B2 EP1762122 B2 EP 1762122B2 EP 06742741 A EP06742741 A EP 06742741A EP 06742741 A EP06742741 A EP 06742741A EP 1762122 B2 EP1762122 B2 EP 1762122B2
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radiant
heating
radiant heater
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EP1762122A1 (de
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a radiant heater according to the preamble of patent claim 1 and to a laser sintering device with such a radiant heater.
  • Such a radiant heater and such a laser sintering device for producing a three-dimensional object are known from WO 92/08566 known.
  • a graphite resistance heater for processing semiconductor wafers at temperatures up to 1200 ° C.
  • the thickness of the resistive element is 0.1 inch (2.54 mm) or more. Due to the high thickness of the resistance heating element whose thermal inertia is high. In particular, at lower temperatures so no rapid temperature control / regulation is possible.
  • the temperature of the material When fabricating a three-dimensional object by successively solidifying layers of a powdered material by means of a laser beam, the temperature of the material must be within a certain process window to ensure good quality of the three-dimensional object. For a fast and accurate control of this temperature, the dynamic behavior of radiant heating is crucial.
  • the invention is therefore based on the object to provide a radiant heater for a laser sintering device or a laser sintering device with such a radiant heater, with which the temperature of the material can be quickly and accurately controlled / controlled.
  • the object is achieved by a radiant heater according to claim 1 and by a laser sintering apparatus for producing a three-dimensional object according to claim 11. Further developments of the invention are described in the subclaims.
  • a surface radiator in a laser sintering device has the advantage over the use of conventional radiant heaters, such as lamps or heating rods, that it can be operated at lower temperatures with the same radiated power. This results in less sideways radiation to the process chamber walls and a cooler process chamber atmosphere.
  • the radiant heater according to the invention has the particular advantage that it has a heat radiating element with a low thermal inertia and therefore the output of the heat radiating element power can be changed quickly. This allows a very fast and accurate control of the temperature of the material heated by the radiant heater.
  • Fig. 1 shows a laser sintering device with the radiant heater according to the invention.
  • the laser sintering device has an upwardly open container 1.
  • a carrier 2 for supporting the object 3 to be formed is provided in the container 1 in the vertical direction A up and down movable.
  • the upper edge of the container 1 defines a working plane 5.
  • an irradiation device 6 is arranged in the form of a laser, which emits a directed laser beam, which is deflected by a deflection device 7 on the working plane 5.
  • a coater 8 for applying a layer of a powder material to be solidified to the surface of the carrier 2 or a last-solidified layer is provided.
  • the coater 8 is by means of a schematically indicated by the arrows B drive over the working plane 5 out and movable.
  • the coater is fed from two powder reservoir 10.
  • two overflow containers 11 are provided to the left and right of the construction field, which can accommodate the excess powder obtained during coating.
  • the device also has a radiation heater 12 arranged above the working plane 5 for preheating an applied but not yet sintered powder layer to a working temperature T A suitable for sintering.
  • the radiant heater 12 is designed so that the applied powder layer can be heated uniformly.
  • a temperature measuring device 13 which serves for the contactless measurement of the temperature of the last applied or uppermost powder layer.
  • the work area is closed from the environment. As a result, the oxidation of the powder and the release of possible process gases may possibly be prevented.
  • a control and / or regulating device 17 is used to control and / or regulate the power of the radiant heater 12 and the power of the irradiation device 6.
  • Fig. 2 shows a first embodiment of the radiant heater.
  • the radiant heater 112 has a resistance element 113 as a heat radiating element.
  • the resistance element surrounding the rectangular opening is peripherally interrupted by a gap 115. On both sides of the gap, a respective contact 116 or 116 'designed as a copper rail is attached to the resistance element.
  • a controllable voltage source 117 designed for high currents (about 20-40 A at a voltage of 30-60 V) is connected to the contacts 116, 116 '.
  • Slots 118 extend from the corners of the opening 115 toward the corners of the outer circumference of the resistance element for a more even distribution of the current density and an increase of the heating power in the region of the outer corners after applying a voltage to the contacts 116, 116 'in the Achieve resistance element.
  • a first powder layer is applied to the carrier 2 with the coater 8.
  • the temperature of the uppermost powder layer to be consolidated has a temperature in a certain range, the process window. Above this process window, the powder is already sintered without additional radiant energy, while at temperatures below the process window form tension in the solidified layer. In many cases, the so-called curl effect, in which the edges of the solidified layer bend or roll up, is attributed to a too low temperature of the uppermost powder layer.
  • the powder layer applied with the coater must therefore be heated to a working temperature T A within the process window for achieving good results, in particular for avoiding stresses in the manufactured object, before solidifying with the radiant heater 12.
  • the temperature of this layer is measured without contact with the temperature measuring device 13. Depending on the measured temperature, the heating power of the radiant heater 12 is determined. If the uppermost powder layer is heated to the working temperature T A , the points corresponding to the cross section of the object in the powder layer are solidified by irradiation with the laser.
  • the support 2 is lowered by a distance corresponding to the layer thickness, and with the coater 8 a new powder layer is applied to the layer previously exposed with the laser. Then, the above-described steps are repeated until the fabrication of the three-dimensional object is completed.
  • FIG. 3 a modification of the first embodiment is shown.
  • a heat radiating element 113 'according to this modification differs from that in FIG Fig. 2 shown heat radiating element in that it has meandering surface paths, whereby the ohmic resistance value and thus the heating power for a given, applied to the resistance element voltage can be increased.
  • Fig. 4 a comparative example of a radiant heater is shown in cross-section.
  • the graphite foil 213 is treated with a black-ray spray to achieve high emission coefficients. With thin rigid profile strips 214, it is pressed against a heating wire 215, so that a good thermal Contact between the heating wire 215 and the graphite foil 213 is formed. The profile strips also contribute to the mechanical stabilization of the graphite foil.
  • a first insulation 216 is provided, the underside of which is reflective for thermal radiation.
  • the material used for the first insulation is a material with mechanical stability.
  • This first insulation 216 is preferably made of graphite hard felt (eg, ®SigraTherm graphite hard felt from SGL Carbon) with a low thermal conductivity (the thermal conductivity coefficient ⁇ of ®SigraTherm graphite hard felt is less than 0.3 W at temperatures below 1000 ° C. mK).
  • a second insulation 217 is provided on the side facing away from the heating wire 215 side of the first insulation 216.
  • This second insulation need not have mechanical stability, but good thermal insulation properties.
  • the first and second insulation for mechanical stabilization is surrounded by a sheet steel frame 218 on which the profiled strips 214 are also attached. Also for mechanical stabilization 216 spacers 218 are provided from an insulating material laterally between the graphite foil and the first insulation.
  • Fig. 5 a further comparative example of a radiant heater is shown.
  • a graphite foil 313 is provided as the heat radiating element.
  • this is not heated with a heating wire, but with IR radiant heaters 314, which are arranged on one side of the graphite foil at a distance.
  • the IR radiant heaters 314 are surrounded by an insulating jacket 315 at a distance from the sides and from the side facing away from the graphite foil.
  • the insulating jacket is characterized in that it is reflective to the side of the IR emitters for heat radiation and has the lowest possible thermal conductivity.
  • the insulating jacket 315 may be multilayered in order to combine good mechanical stability with good insulating properties at the same time.
  • the heat radiating element has a shape with a rectangular outline.
  • This geometry of the heat radiating element is particularly suitable for uniformly heating a rectangular target field.
  • the shape of the heat-radiating member is not limited thereto, but may have any other surface shapes that are adapted to the corresponding geometrical relationships.
  • the heat radiating element may e.g. be formed with a circular outline.
  • the rectangular opening may also have another, e.g. to have a round shape.
  • a radiant heater according to the first embodiment a plurality of resistance heating elements each independently operated to form a plurality of independent heating zones.
  • a graphite plate was described as a material of the heat radiating element.
  • mechanical stabilization elements are provided if the heat radiating element is not self-supporting. It is possible, for example, réellespannen or apply the graphite foil on a grid.
  • the Fig. 4 has been described so that the heat radiating element is pressed against a heating wire.
  • the heating wire can also run within the heat radiating element and in particular in a groove in the heat radiating element.
  • the heating wire can be pressed between two graphite elements to form a sandwich structure.
  • a graphite foil as a heat radiating element has been described.
  • a graphite plate can also be used.

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Abstract

Es wird eine Strahlungsheizung zum Heizen des Aufbaumaterials in einer Lasersintervorrichtung und eine Lasersintervorrichtung mit einer solchen Strahlungsheizung beschrieben. Die Strahlungsheizung besitzt ein flächiges Wärmeabstrahlelement (113, 213, 313), das dadurch gekennzeichnet ist, dass es aus einem Material mit einer geringen thermischen Trägheit mit einer Temperaturleitzahl von vorzugsweise mehr als 1,5 10-4.m2/s besteht und vorzugsweise eine Dicke von 2 mm oder weniger aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Strahlungsheizung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf eine Lasersintervorrichtung mit einer solchen Strahlungsheizung.
  • Eine derartige Strahlungsheizung und eine solche Lasersintervorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts sind aus der WO 92/08566 bekannt.
  • Aus der US 2004/0074898 A1 ist ein Widerstandsheizelement aus Graphit für das Prozessieren von Halbleiterwafern bei Temperaturen bis zu 1200°C bekannt. Die Dicke des Widerstandselements beträgt dabei 0,1 inch (2,54 mm) oder mehr. Aufgrund der hohen Dicke des Widerstandsheizelements ist dessen thermische Trägheit hoch. Insbesondere bei niedrigeren Temperaturen ist damit keine schnelle Temperatursteuerung/-regelung möglich.
  • Bei der Herstellung eines dreidimensionalen Objekts durch aufeinander folgendes Verfestigen von Schichten eines pulverförmigen Materials mittels eines Laserstrahls muss die Temperatur des Materials innerhalb eines bestimmten Prozessfensters liegen, um eine gute Qualität des dreidimensionalen Objekts sicherzustellen. Für eine schnelle und genaue Regelung/ Steuerung dieser Temperatur ist das dynamische Verhalten der Strahlungsheizung entscheidend.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Strahlungsheizung für eine Lasersintervorrichtung bzw. eine Lasersintervorrichtung mit einer solchen Strahlungsheizung bereitzustellen, mit der die Temperatur des Materials schnell und genau geregelt/ gesteuert werden kann.
  • Die Aufgabe wird erfüllt durch eine Strahlungsheizung nach Anspruch 1 und durch eine Lasersintervorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts nach Anspruch 11. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die Verwendung eines Flächenstrahlers in einer Lasersintervorrichtung hat gegenüber der Verwendung üblicher Heizstrahler wie Lampen oder Heizstäben den Vorteil, dass er bei gleicher abgestrahlter Leistung mit geringeren Temperaturen betrieben werden kann. Dies führt zu weniger Seitwärtsabstrahlung an die Prozesskammerwände und eine kühlere Prozesskammeratmosphäre.
  • Die erfindungsgemäße Strahlungsheizung weist insbesondere den Vorteil auf, dass sie ein Wärmeabstrahlelement mit einer geringen thermischen Trägheit besitzt und deshalb die von dem Wärmeabstrahlelement abgegebene Leistung schnell verändert werden kann. Dies ermöglicht eine sehr schelle und genaue Regelung/ Steuerung der Temperatur des mit der Strahlungsheizung erwärmten Materials.
  • Mit der Erfindung ist weiter die Herstellung eines dreidimensionalen Objekts mit hoher Qualität bei geringer Bauzeit möglich.
  • Graphit hat für das erfindungsgemäße Wärmeabstrahlelement den Vorteil, dass es eine hohe Wärmeleitfähigkeit und gleichzeitig eine geringe spezifische Wärmekapazität besitzt. Dies entspricht einer hohen Temperaturleitzahl a, die sich nach folgender Formel aus der spezifischen Wärmeleitfähigkeit λ, der spezifischen Dichte p und der spezifischen Wärmekapazität c berechnen lässt: a = λ / ρ ⋅ c .
    Figure imgb0001
  • Mit einer hohen Temperaturleitzahl geht eine geringe thermische Trägheit und eine homogene Temperaturverteilung bzw. Abstrahlleistung des Wärmeabstrahlelements einher. Graphit hat weiter den Vorteil, dass es bei hohen Temperaturen eingesetzt werden kann.
  • Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.
  • Von den Figuren zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Lasersintervorrichtung;
    Fig. 2
    eine Strahlungsheizung nach einer ersten Ausführungsform;
    Fig. 3
    eine Abwandlung der Strahlungsheizung aus Fig. 2;
    Fig. 4
    eine Strahlungsheizung nach einem Vergleichsbeispiel; und
    Fig. 5
    eine Strahlungsheizung nach einem weiteren Vergleichsbeispiel.
  • Fig. 1 zeigt eine Lasersintervorrichtung mit der erfindungsgemäßen Strahlungsheizung. Die Lasersintervorrichtung weist einen nach oben offenen Behälter 1 auf. In dem Behälter 1 ist ein Träger 2 zum Tragen des zu bildenden Objekts 3 vorgesehen. Der Träger 2 ist mittels eines Antriebs 4 in dem Behälter 1 in vertikaler Richtung A auf und ab bewegbar. Der obere Rand des Behälters 1 definiert eine Arbeitsebene 5. Oberhalb der Arbeitsebene 5 ist eine Bestrahlungseinrichtung 6 in Form eines Lasers angeordnet, die einen gerichteten Laserstrahl abgibt, der über eine Ablenkvorrichtung 7 auf die Arbeitsebene 5 abgelenkt wird. Ferner ist ein Beschichter 8 zum Aufbringen einer Schicht eines zu verfestigenden Pulvermaterials auf die Oberfläche des Trägers 2 oder eine zuletzt verfestigte Schicht vorgesehen. Der Beschichter 8 ist mittels eines durch die Pfeile B schematisch angedeuteten Antriebs über die Arbeitsebene 5 hin und her bewegbar. Durch zwei Dosierer 9 links und rechts vom Baufeld wird der Beschichter aus zwei Pulvervorratsbehälter 10 gespeist. Ferner sind links und rechts vom Baufeld zwei Überlaufbehälter 11 vorgesehen, die das beim Beschichten anfallende überschüssige Pulver aufnehmen können.
  • Die Vorrichtung weist außerdem eine über der Arbeitsebene 5 angeordnete Strahlungsheizung 12 zum Vorerwärmen einer aufgetragenen aber noch nicht gesinterten Pulverschicht auf eine für das Sintern geeignete Arbeitstemperatur TA auf. Die Strahlungsheizung 12 ist dabei so ausgebildet, dass die aufgetragene Pulverschicht gleichmäßig erwärmt werden kann.
  • In einem Abstand oberhalb der Arbeitsebene 5 ist eine Temperaturmesseinrichtung 13 vorgesehen, die zum berührungslosen Messen der Temperatur der zuletzt aufgetragenen bzw. obersten Pulverschicht dient.
  • Durch eine Prozesskammer 16 ist der Arbeitsbereich von der Umgebung abgeschlossen. Dadurch kann ggf. die Oxidation des Pulvers und das Freiwerden möglicher Prozessgase verhindert werden.
  • Eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 17 dient zum Steuern und/oder Regeln der Leistung der Strahlungsheizung 12 sowie der Leistung der Bestrahlungseinrichtung 6. Dazu ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 17 mit der Strahlungsheizung 12, der Temperaturmesseinrichtung 13 und mit der Bestrahlungseinrichtung 6 verbunden.
  • Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Strahlungsheizung.
  • Die Strahlungsheizung 112 nach der ersten Ausführungsform weist ein Widerstandselement 113 als Wärmeabstrahlelement auf. Das Widerstandselement 113 ist aus einer Graphitplatte (z.B. Kohlefaserverstärkte Graphitplatte ®SigraBond der Firma SGL Carbon) mit einer Temperaturleitzahl bei einer Temperatur von 20°C von a > 1,5·10-4 m2/s und einer Dicke von d = 2,0 mm ausgebildet. Es besitzt im Wesentlichen die Form eines Rechtecks mit einer in der Mitte angeordneten rechteckigen öffnung 114 für den Laserstrah1 und den optischen Pfad der Temperaturmesseinrichtung. Das die rechteckige öffnung umgebende Widerstandselement ist umfangsseitig durch einen Spalt 115 unterbrochen. Auf beiden Seiten des Spalts ist jeweils ein als Kupferschiene ausgebildeter Kontakt 116 bzw. 116' an das Widerstandselement angebracht. Eine für hohe Ströme (ca. 20-40 A bei einer Spannung von 30-60V) ausgelegte steuerbare Spannungsquelle 117 ist an die Kontakte 116, 116' angeschlossen. Von den Ecken der Öffnung 115 erstrecken sich Schlitze 118 in Richtung zu den Ecken des äußeren Umfangs des Widerstandelements um eine gleichmäßigere Verteilung der Stromflussdichte bzw. eine Erhöhung der Heizleistung im Bereich der äußeren Ecken nach Anlegen einer Spannung an die Kontakte 116, 116' in dem Widerstandselement zu erreichen.
  • Im Folgenden wird der Betrieb der zuvor beschriebenen Lasersintervorrichtung und der erfindungsgemäßen Strahlungsheizung beschrieben werden.
  • Zunächst wird eine erste Pulverschicht mit dem Beschichter 8 auf den Träger 2 aufgebracht.
  • Entscheidend für die Qualität des fertigen Objekts ist insbesondere, dass die Temperatur der zu verfestigenden obersten Pulverschicht eine Temperatur in einem bestimmten Bereich, dem Prozessfenster hat. Oberhalb dieses Prozessfensters wird das Pulver schon ohne zusätzliche Strahlungsenergie gesintert, während sich bei Temperaturen unterhalb des Prozessfensters Verspannungen in der verfestigten Schicht ausbilden. Vielfach wird auch der sogenannte Curl-Effekt, bei dem sich die Ränder der verfestigten Schicht aufbiegen bzw. aufrollen, auf eine zu geringe Temperatur der obersten Pulverschicht zurückgeführt. Die mit dem Beschichter aufgebrachte Pulverschicht muss daher zum Erreichen guter Ergebnisse, insbesondere zum Vermeiden von Verspannungen in dem hergestellten Objekt, vor dem Verfestigen mit der Strahlungsheizung 12 auf eine Arbeitstemperatur TA innerhalb des Prozessfensters erwärmt werden.
  • Dazu wird nach dem Aufbringen der Pulverschicht die Temperatur dieser Schicht berührungslos mit der Temperaturmesseinrichtung 13 gemessen. In Abhängigkeit von der dabei gemessenen Temperatur wird die Heizleistung der Strahlungsheizung 12 bestimmt. Ist die oberste Pulverschicht auf die Arbeitstemperatur TA erwärmt, so werden die dem Querschnitt des Objekts entsprechenden Stellen in der Pulverschicht durch Bestrahlen mit dem Laser verfestigt.
  • Nach dem Verfestigen einer Schicht wird der Träger 2 um eine der Schichtdicke entsprechende Strecke abgesenkt und mit dem Beschichter 8 eine neue Pulverschicht auf die zuvor mit dem Laser belichtete Schicht aufgebracht. Dann werden die zuvor beschriebenen Schritte wiederholt bis die Herstellung des dreidimensionalen Objekts abgeschlossen ist.
  • In Fig. 3 ist eine Abwandlung der ersten Ausführungsform dargestellt. Ein Wärmeabstrahlelement 113' nach dieser Abwandlung unterscheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten Wärmeabstrahlelement dadurch, dass es mäanderartig Flächenbahnen aufweist, wodurch der ohmsche Widerstandswert und damit die Heizleistung für eine bestimmte, an das Widerstandselement angelegte Spannung erhöht werden kann.
  • In Fig. 4 ist ein Vergleichsbeispiel einer Strahlungsheizung im Querschnitt dargestellt.
  • Bei der Strahlungsheizung ist eine Graphitfolie 213 (z.B. ®Sigraflex Graphitfolie von SGL Carbon) als Wärmeabstrahlelement vorgesehen, die bei einer Temperatur von 20°C in einer Richtung parallel zur Folie eine Temperaturleitzahl von a = 2,14·10-4 m2/s und eine Dicke von d = 0,5 mm besitzt.
  • Die Graphitfolie 213 ist zum Erreichen hoher Emissionskoeffizienten mit einem Schwarzstrahlerspray behandelt. Mit dünnen steifen Profilleisten 214 wird sie an einen Heizdraht 215 gedrückt, sodass ein guter thermischer Kontakt zwischen dem Heizdraht 215 und der Graphitfolie 213 ausgebildet ist. Die Profilleisten tragen darüber hinaus zu der mechanischen Stabilisierung der Graphitfolie bei.
  • Auf der der Graphitfolie abgewandten Seite des Heizdrahts 215 ist eine erste Isolierung 216 vorgesehen, deren Unterseite für Wärmestrahlung reflektierend ist. Als Material für die erste Isolierung wird ein Material mit mechanischer Stabilität gewählt. Vorzugsweise ist diese erste Isolierung 216 aus Graphit-Hartfilz (z.B. ®SigraTherm Graphit-Hartfilz der Firma SGL Carbon) mit einer geringen Wärmeleitung (der Wärmeleitkoeffizient λ von ®SigraTherm Graphit-Hartfilz beträgt bei Temperaturen unter 1000°C weniger als 0,3 W/mK).
  • Auf der dem Heizdraht 215 abgewandten Seite der ersten Isolierung 216 ist eine zweite Isolierung 217 vorgesehen. Diese zweite Isolierung muss keine mechanische Stabilität, dafür aber gute Wärmeisolationseigenschaften besitzen. Vorzugsweise besteht die zweite Isolierung aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von λ = 0,03 W/mK oder weniger bei Temperaturen unter 400°C (z.B. ®Promalight von der Firma Proma).
  • Auf der der Graphitfolie abgewandten Seite und seitlich ist die erste und zweite Isolierung zur mechanischen Stabilisierung von einem Edelstahlblechrahmen 218 umgeben, an dem auch die Profilleisten 214 angebracht sind. Ebenfalls zur mechanischen Stabilisierung sind seitlich zwischen der Graphitfolie und der ersten Isolierung 216 Abstandhalter 218 aus einem isolierenden Material vorgesehen.
  • In Fig. 5 ist ein weiteres Vergleichsbeispiel einer Strahlungsheizung dargestellt.
  • Wie bei der Fig. 4 ist bei der Strahlungsheizung 312 als Wärmeabstrahlelement eine Graphitfolie 313 vorgesehen. Im Unterschied zur Fig. 4 wird diese jedoch nicht mit einem Heizdraht geheizt, sondern mit IR-Heizstrahlern 314, die auf einer Seite der Graphitfolie in einem Abstand angeordnet sind. Zu den Seiten und zu der der Graphitfolie abgewandten Seite hin sind die IR-Heizstrahler 314 beabstandet von einem isolierenden Mantel 315 umgeben. Der isolierende Mantel zeichnet sich dadurch aus, dass er zu der Seite der IR-Strahler hin für Wärmestrahlung reflektierend ist und eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Wie die aus der ersten und zweiten Isolierung bestehende Wärmeisolierung bei der Fig. 4 kann der isolierende Mantel 315 mehrschichtig aufgebaut sein, um gute mechanische Stabilität mit gleichzeitig guten Isoliereigenschaften zu verbinden.
  • Alternativen und Abwandlungen der oben beschriebenen Lasersintervorrichtung, der Strahlungsheizung und des oben beschriebenen Verfahrens sind möglich.
  • Die erfindungsgemäße Strahlungsheizung wurde so beschrieben, dass das Wärmeabstrahlelement eine Form mit einem rechteckigen Umriss aufweist. Diese Geometrie des Wärmeabstrahlelements ist besonders geeignet zum gleichmäßigen Heizen eines rechteckigen Zielfelds. Jedoch ist die Form des Wärmeabstrahlelements nicht darauf beschränkt, sondern kann beliebige andere flächige Formen aufweisen, die an die entsprechenden geometrischen Verhältnisse angepasst sind. So kann das Wärmeabstrahlelement z.B. mit einem kreisförmigen Umriss ausgebildet sein. Entsprechend kann auch die rechteckige Öffnung eine andere z.B. eine runde Form haben.
  • Es ist auch möglich mehrerer Heizzonen vorzusehen. So können bei einer Strahlungsheizung nach der ersten Ausführungsform mehrere Widerstandsheizelemente, die jeweils unabhängig voneinander betrieben werden, um mehrere voneinander unabhängige Heizzonen zu bilden.
  • Bei der ersten Ausführungsform wurde als Material des Wärmeabstrahlelements eine Graphitplatte beschrieben. Die Verwendung eines anderen Materials ist möglich, solange die Temperaturleitzahl bei einer Temperatur von 20°C einen Wert über etwa a = 1,5-10-4 m2/s aufweist. Es ist insbesondere auch möglich, wie bei der Fig. 4 eine Graphitfolie für das Wärmeabstrahlelement zu verwenden. Ggf. sind mechanische Stabilisierungselemente vorzusehen, wenn das Wärmeabstrahlelement nicht selbsttragend ist. Es ist z.B. möglich, die Graphitfolie auf ein Gitter aufzuspannen oder aufzubringen.
  • Die Fig. 4 wurde so beschrieben, dass das Wärmeabstrahlelement an einen Heizdraht gedrückt wird. Der Heizdraht kann jedoch auch innerhalb des Wärmeabstrahlelements und insbesondere in einer Nut in dem Wärmeabstrahlelement verlaufen. Ferner kann der Heizdraht unter Bildung einer Sandwichstruktur zwischen zwei Graphitelemente eingepresst sein.
  • Bei der Fig. 4 und 5 wurde die Verwendung einer Graphitfolie als Wärmeabstrahlelement beschrieben. Es ist jedoch auch die Verwendung eines anderen Materials möglich, dessen Temperaturleitzahl bei 20°C oberhalb von etwa a = 1,5.10-4 m2/s, vorzugsweise oberhalb von a = 2.10-4 m2/s, liegt. Insbesondere kann auch eine Graphitplatte verwendet werden.
  • Die verschiedenen Ausführungsformen der Strahlungsheizung wurden mit Wärmeabstrahlelementen mit einer bestimmten Dicke beschrieben. Eine andere, insbesondere eine geringere Dicke ist möglich. Hinsichtlich der thermischen Eigenschaften ist eine möglichst geringe Dicke wünschenswert. Begrenzt wird die Dicke nach unten durch die mechanische Stabilität.

Claims (11)

  1. Strahlungsheizung zum Heizen des Aufbaumaterials in einer Lasersintervorrichtung mit einem flächigen Wärmeabstrahlelement (113, 213, 313) wobei an dem Wärmeabstrahlelement (113) Stromanschlüsse (116, 116') vorgesehen sind, sodass durch das Wärmeabstrahlelement (116) in Flächenrichtung Strom zum Betreiben als Widerstandsheizelement geschickt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabstrahlelement (113, 213, 313) aus einem Material mit einer geringen thermischen Trägheit besteht und dass das Wärmeabstrahlelement (113, 213, 313) aus einem Material besteht, das bei einer Temperatur von 20°C eine Temperaturleitzahl von mehr als etwa 1,5·10-4 m2/s besitzt wobei das Wärmeabstrahlelement (113') zumindest in einem Abschnitt in Form einer mäanderartigen Flächenbahn ausgebildet ist.
  2. Strahlungsheizung nach Anspruch 1, wobei das Wärmeabstrahlelement (113, 213, 313) aus einem Material besteht, das bei einer Temperatur von 20°C eine Temperaturleitzahl von mehr als etwa 2·10-4 m2/s besitzt.
  3. Strahlungsheizung nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das Wärmeabstrahlelement (113, 213, 313) ein Dicke von etwa 2 mm oder weniger aufweist.
  4. Strahlungsheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wärmeabstrahlelement (213, 313) aus einer Graphitfolie besteht.
  5. Strahlungsheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wärmeabstrahlelement aus einer Graphitplatte (113) besteht.
  6. Strahlungsheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Heizdraht (215) in Kontakt mit dem Wärmeabstrahlelement (213) zum Heizen des Wärmeabstrahlelements (213) vorgesehen ist.
  7. Strahlungsheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein IR-Heizstrahler (314) zum Heizen des Wärmeabstrahlelements (313) vorgesehen ist.
  8. Strahlungsheizung nach Anspruch 7, weiter mit einem isolierenden Mantel (315), wobei der Heizstrahler (314) zwischen dem isolierenden Mantel (315) und dem Wärmeabstrahlelement (313) eingeschlossen ist und der isolierende Mantel (315) auf seiner dem Heizstrahler (314) zugewandten Seite für die von dem Heizstrahler (314) abgestrahlte Strahlung reflektierend ist.
  9. Strahlungsheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Wärmeabstrahlelement (113, 213, 313) in der Mitte eine Öffnung zum Durchführen eines Laserstrahls aufweist.
  10. Strahlungsheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei in einem Abstand auf einer Seite des Wärmeabstrahlelements eine Isolierung (216) aus Graphit vorgesehen ist.
  11. Lasersintervorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts durch aufeinander folgendes Verfestigen von Schichten eines verfestigbaren pulverförmigen Materials an den dem jeweiligen Querschnitt entsprechenden Stellen mittels Strahlung mit einer Strahlungsheizung (112, 212, 312) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Erwärmen des verfestigbaren Materials.
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